Chuyên đề quang hình học bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lý bậc THCS

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG XƯƠNG TRƯỜNG THCS NGUYỄN DU SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI CHUYÊN ĐỀ QUANG HÌNH HỌC BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MÔN VẬT LÝ BẬC TRUNG HỌC CƠ SỞ Người thực hi

PHÒNG GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO QUẢNG XƯƠNG

TRƯỜNG THCS NGUYỄN DU

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI

CHUYÊN ĐỀ QUANG HÌNH HỌC BỒI DƯỠNG HỌC SINH

GIỎI MÔN VẬT LÝ BẬC TRUNG HỌC CƠ SỞ

Người thực hiện: Phạm Quốc Ký Chức vụ: Phó Hiệu trưởng

Đơn vị công tác: Trường THCS Nguyễn Du SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật lý

QUẢNG XƯƠNG NĂM 2019

MỤC LỤC

1 Mở đầu 1

1.1 Lí do chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 1

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu 2

2 Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm 3

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 3

2.3 Các SKKN đã sử dụng để giải quyết vấn đề 3

2.4 Hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm đối với hoạt động giáo dục, với bản thân, đồng nghiệp và nhà trường1 21

3 Kết luận, kiến nghị 21

I MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài.

Từ xa xưa ông cha ta đã có câu “Hiền tài là nguyên khí quốc gia” và đó dườngnhư đã trở thành kim chỉ nam cho con đường phát triển đất nước Thực tế lịch sửphát triển của xã hội loài người nói chung và lịch sử dân tộc Việt Nam nói riêng đãkhẳng định được vai trò của “người tài” Họ chính là lực lượng khởi đầu cho sựphát triển kinh tế - xã hội, đem đến cho mỗi quốc gia nền văn minh, tiến bộ khôngngừng Ngày nay, trong thời kỳ công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, nhất làtrong nền kinh tế tri thức, vai trò của “người tài” càng tăng lên gấp bội Chính vìthế, bồi dưỡng học sinh giỏi là bước đi đầu tiên để phát hiện, nuôi dưỡng và đào tạonhân tài cho đất nước, là nhiệm vụ quan trọng của ngành giáo dục

Bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung và bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý bậcTHCS nói riêng là một nhiệm vụ nặng nề của giáo viên vật lý Bởi vì bộ môn vật lý

ở cấp THCS chủ yếu là trang bị cho học sinh những kiên thức cơ bản về vật lý,những khai niệm, những hiện tượng ban đầu chứ chưa nghiên cứu sâu vào bản chấtvật lý Tuy nhiên chương trình bồi dưỡng hoc sinh giỏi lại ở một mức độ cao hơnhẳn và rất xa vời so với chương trình sách giáo khoa, chương trình chủ yếu là cácbài toán nâng cao của cấp THPT Chính vì thế mà mặc dù là học sinh giỏi nưng các

em tiếp thu cũng rất khó khăn

Hiên nay chưa có tài liệu chính thống nào về nội dung bồi dưỡng học sinh giỏichuyên đề Quang hình học môn Vật lý THCS, do đó giáo viên dạy đội tuyển phảitìm tòi ở nhiều tài liệu và sắp xếp lại thành hệ thống, điều này mất rất nhiều thờigian và cũng phụ thuộc nhiều vào năng lực của từng giáo viên

Xuất phát từ những lý do trên, sau nhiều năm làm công tác bối dưỡng học sinhgiỏi môn vật lý dự thi cấp huyện và cấp tỉnh Năm 2008 tôi đã biên soạn tài liệu bồidưỡng học sinh giỏi, chuyên đề Quang học và triển khai đến toàn bộ giáo viên dạyvật lý của huyện Quảng Xương Ngoài ra vào ngày 14/ 11/ 2008 tôi còn đưa lêntrang Thư viện trực tuyến Violet theo địa chỉ: https://giaoan.violet.vn/present/de-cuong-bdhsg-li-thcs-365372.html, đến nay đã có 338 lượt tải về và được nhiềuđồng nghiệp chia sẽ trên các diễn đàn, websize khác Các đồng nghiệp áp dụng tàiliệu này trong bồi dưỡng học sinh giỏi đã đánh giá là có hiệu quả

Tiếp nối thành công đó cộng với những tích lũy kinh nghiệm từ đó đến nay tôi

đã tổng hợp lại thành hệ thống để giáo viên dễ áp dụng hơn cững như là bổ sungthêm nhiều bài tập nhiều thí dụ minh họa vào đề tài Với những lý do đó tôi xintrình bày “Chuyên đề Quang hình học bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý bậcTHCS” để các đồng nghiệp tham khảo Do giới hạn khuôn khổ của sáng kiện kinhnghiệm là không quá 20 trang nên đề tài này chỉ dừng lại ở các dạng bài tập vềtruyền thẳng ánh sáng và phần gương phẳng mà thôi Đề tài sau tôi sẽ trình bày vềphần thấu kính

1.2 Mục đích nghiên cứu.

Trên cơ sở nghiên cứu lý luận và thực tiễn, sáng kiến kinh nghiệm phân loạicác dạng bài tập về phần quang hình học, đề xuất những phương pháp giải tiêu biểu

để giáo viên dạy bồi dưỡng học sinh giỏi có định hướng và phương pháp bồi dưỡngchuyên đề này, từ đó nâng cao chất lượng cũng như hiệu quả trong công tác bồidưỡng học sinh giỏi

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

Chuyên đề Quang hình học bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý trung học cơsở

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

Sử dụng các phương pháp như: Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết;Phương pháp phân loại, hệ thống hóa lí thuyết , từ đó tổng hợp thành kinh nghiệm

II NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.

Việc hình thành kiến thức vật lý cơ bản và nâng cao phải thỏa mãn các yêucầu sau:

- Đảm bảo tính chính xác, tính khoa học và tính logic của kiến thức

- Đảm bảo tính hệ thống, tính quy luật của nhận thức

- Đảm bảo cho HS có thể tham gia quá trình tái tạo lại kiến thức

- Đảm bảo được việc hình thành những kỹ năng suy luận, kỹ năng nhậndạng để xác định đúng hướng phân tích bài toán:

Chính vì lẽ đó mà người giáo viên phải tìm tòi những biện pháp hữu hiệu đểquá trình giáo dục đạt hiệu quả cao

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

Với trách nhiệm là người thường xuyên bồi dưỡng đội tuyển vật lý của huyệntham gia kỳ thi HSG cấp tỉnh nên đối tượng học sinh là những em đã được pháthiện và bồi dưỡng ở các trường trong toàn huyện tập trung về trường nên đa phầncác em là những học sinh có tố chất thông minh, có tinh thần say mê học tập cũngnhư có khát vọng chinh phục đỉnh cao của tri thức nhân loại, đây là những điềukiện hết sức thuận lợi Tuy nhiên đa số các em lại chưa có kỹ năng cũng như cáchgiải các dạng bài tập về phần điện bởi vì lâu nay đa số các em chỉ giải được nữngbài tập với mạch điện đơn thuần là mạch nối, song song hoặc mạch hỗn hợp đơngiản Do đó khi gặp các bài toán về mạch điện phức tạp thì các em không có đườnglối để suy nghĩ

2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

Để có chất lượng khi bồi dưỡng HSG phần quang hình học trước hết ta phải trang bị đầy đủ kiến thức cơ bản trọng tâm sau đó phân loại thành các chuyên đề như sau:

Chuyên đề 1: Dạng bài tập vận dụng sự truyền thẳng ánh sáng.

Chuyên đề 2: Dạng bài tập về vẽ đường đi của tia sáng qua gương phẳng, ảnh của vật qua gương phẳng.

Chuyên đề 3: Dạng bài tập xác định số ảnh, vị trí của một vật qua gương phẳng.

Chuyên đề 4: Dạng bài tập xác định thị trường của gương phẳng

Chuyên đề 5: Dạng bài tập về tính số đo góc

1- Toám tắt lý thuyết.

1.1/ Khái niệm cơ bản:

- Ta nhận biết được ánh sáng khi có ánh sáng đi vào mắt ta

- Ta nhìn thấy được một vật khi có ánh sáng từ vật đó mang đến mắt ta Ánh sáng

ấy có thể do vật tự nó phát ra (Nguồn sáng) hoặc hắt lại ánh sáng chiếu vào nó Các vật ấy được gọi là vật sáng.

- Trong môi trường trong suốt và đồng tính ánh sáng truyền đi theo 1 đường thẳng

- Đường truyền của ánh sáng được biểu diễn bằng một đường thẳng có hướng gọi

là tia sáng.

- Nếu nguồn sáng có kích thước nhỏ, sau vật chắn sáng sẽ có vùng tối

- Nếu nguồn sáng có kích thước lớn, sau vật chắn sáng sẽ có vùng tối và vùng nửatối

+ Vùng quan sát được phụ thuộc vào kích thước của gương và vị trí đặt mắt

2 – Phân loại các chuyên đề.

Chuyên đề 1: Dạng bài tập vận dụng sự truyền thẳng ánh sáng.

Phương pháp giả i : Dựa trên định luật truyền thẳng ánh sáng.

Thí dụ minh họa

Thí dụ 1: Một điểm sáng đặt cách màn 1 khoảng 2m, giữa điểm sáng và màn

người ta đặt 1 đĩa chắn sáng hình tròn sao cho đĩa song song với màn và điểm sángnằm trên trục đi qua tâm và vuông góc với đĩa

a) Tìm đường kính của bóng đen in trên màn biết đường kính của đĩa d =20cm và đĩa cách điểm sáng 50 cm

b) Cần di chuyển đĩa theo phương vuông góc với màn một đoạn bao nhiêu,theo chiều nào để đường kính bóng đen giảm đi một nửa?

c) Biết đĩa di chuyển đều với vận tốc v= 2m/s Tìm vận tốc thay đổi đườngkính của bóng đen

d) Giữ nguyên vị trí của đĩa và màn như câu b thay điểm sáng bằng vật sánghình cầu đường kính d1 = 8cm Tìm vị trí đặt vật sáng để đường kính bóng đen vẫnnhư câu a Tìm diện tích của vùng nửa tối xung quanh bóng đen?

Vậy cần dịch chuyển đĩa một đoạn II1 = SI1 – SI = 100-50 = 50 cm

c) Thời gian để đĩa đi được quãng đường I I1 là: t =

Vậy đặt vật sáng cách đĩa một khoảng là 20 cm

2

p ¢ - ¢¢ = - »

Thí dụ 2: Một ngường cao 1,7 m đi với vận tốc đều v = 1 m/s tiến lại gần

chân cột đèn Tại thời điểm ban đầu bóng đen của người trên mặt đường dài l1 = 1,8

m, sau đó 2 s thì chiều dài của bóng đen còn lại là l2 = 1,3 m Hãy xác định độ caocủa bóng đèn so với mặt đất

A

2

I

3 O

LT

I

BA

3

DC

OH

cánh là 0,8 m (khoảng cách từ trục đến đầu cánh), biết trần nhà cao 3,2 m tính từmặt sàn Hãy tính toán thiết kế cách treo quạt trần để khi quạt quay, không có điểmnào trên mặt sàn loang loáng.

Lời giải Để khi quạt quay, không một điểm nào trên sàn sáng loang loáng

thì bóng của đầu mút cánh quạt chỉ in trên tường và tối đa là đến chân tường C,D vìnhà hình hộp vuông, ta chỉ xét trường hợp cho một bóng, còn lại là tương tự

Gọi L là đường chéo của trần nhà thì L = 4 2= 5,7 m

Khoảng cách từ bóng đèn đến góc chân tường đối diện:

S1D = H2 - L2 = (3, 2) 2 + (4 2) 2 =6,5 m (T là điểm treo, O là tâm quay của quạt)A,B là các đầu mút khi cánh quạt quay

AB OI AB

S S =IT Þ =S S ´ = L = =

Khoảng cách từ quạt đến điểm treo: OT = IT – OI = 1,6 – 0,45 = 1,15 m

Vậy quạt phải treo cách trần nhà tối đa là 1,15 m

BÀI TẬP THAM KHẢO:

1/ Một điểm sáng S cách màn một khoảng cách SH = 1m Tại trung điểm Mcủa SH người ta đặt tấm bìa hình tròn, vuông góc với SH

a- Tính bán kính vùng tối trên màn nếu bán kính bìa là R = 10 cm

b- Thay điểm sáng S bằng một hình sáng hình cầu có bán kính R = 2cm.Tìm bán kính vùng tối và vùng nửa tối

Đs: a) 20 cm

b) Vùng tối: 18 cm; Vùng nửa tối: 4 cm2/ Một người có chiều cao h, đứng ngay dưới ngọn đèn treo ở độ cao H (H >h) Người này bước đi đều với vận tốc v Hãy xác định chuyển động của bóng củađỉnh đầu in trên mặt đất

ĐS: V = H v

H h´ -

Chuyên đề 2: Dạng bài tập về vẽ đường đi của tia sáng qua gương phẳng, ảnh của vật qua gương phẳng.

Phương pháp giải:

- Dựa vào định luật phản xạ ánh sáng

+ Tia phản xạ nằm trong mặt phẳng chứa tia tới và pháp tuyến tại điểm tới.

+ Góc phản xạ bằng góc tới.

- Dựa vào tính chất ảnh của vật qua gương phẳng:

+ Tia phản xạ có đường kéo dài đi qua ảnh của điểm sáng phát ra tia tới.

Thí dụ 1: Hai bạn Nam và Hải ngồi trên bè xuôi theo dòng sông vào một

đêm trăng sáng cùng quan sát ảnh Mặt trăng dưới mặt sông Nam cho rằng: ảnh mặt trăng chuyển động "trôi" theo bè, còn Hải lại cho rằng: mặt trăng có nhiều ảnh nên ở chỗ nào cũng nhìn thấy Theo bạn, bạn sẽ giải thích tại sao ảnh của mặt trăng

luôn luôn ở bên cạnh Nam và Hải ?

Lời giải

+ Do mặt trăng ở rất xa nên chùm A'S' do mặt trăng chiếu tới mặt đất là chùm song song Do vậy chùm phản xạ cũng song song

+ Ảnh của mặt trăng trên gương phẳng "Mặt nước" là duy nhất

+ Người đứng ở các vị trí khác nhau thì thấy ảnh mặt trăng là do

các chùm

tia sáng hẹp khác nhau phản xạ tới mắt

+ Vì vậy không phải nhiều ảnh, cũng không phải ảnh di chuyển mà là dotrong quá trình di chuyển của người quan sát thì các chùm tia sáng chiếu tới mắt làcác chùm tia phản xạ tại các vị trí khác nhau mà thôi

Thí dụ 2: Cho 2 gương phẳng M và N có hợp với nhau một góc  và có mặtphản xạ hướng vào nhau A, B là hai điểm nằm trong khoảng 2 gương Hãy trìnhbày cách vẽ đường đi của tia sáng từ A phản xạ lần lượt trên 2 gương M, N rồitruyền đến B trong các trường hợp sau:

a)  là góc nhọn

b)  lầ góc tù

c) Nêu điều kiện để phép vẽ thực hiện được

Lời giải a,b) Gọi A’ là ảnh của A qua M, B’ là ảnh của B qua N.

A’

AB

(N)

S

S’

Tia phản xạ từ I qua (M) phải có đường kéo dài đi qua A’ Để tia phản xạ qua(N) ở J đi qua điểm B thì tia tới tại J phải có đường

kéo dài đi qua B’ Từ đó trong cả hai trường hợp

- Nối A’B’ cắt (M) và (N) lần lượt tại I và J

- Tia A IJB là tia cần vẽ

c) Đối với hai điểm A, B cho trước Bài toán

chỉ vẽ được khi A’B’ cắt cả hai gương (M) và(N)

(Chú ý: Đối với bài toán dạng này ta còn có

cách vẽ khác là:

- Dựng ảnh A’ của A qua (M)

- Dựng ảnh A’’ của A’ qua (N)

- Nối A’’B cắt (N) tại J

- Nối JA’ cắt (M) tại I

- Tia AIJB là tia cần vẽ

Thí dụ 3: Hai gương phẳng (M) và (N) đặt song song quay mặt phản xạ vào

nhau và cách nhau một khoảng AB = d Trên đoạn thẳng AB có đặt một điểm sáng

S cách gương (M) một đoạn SA = a Xét một điểm O nằm trên đường thẳng đi qua

S và vuông góc với AB có khoảng cách OS = h

a) Vẽ đường đi của một tia sáng xuất phát từ S phản xạ trên gương (N) tại I

b) Vẽ đường đi của một tia sáng xuất phát từ S phản xạ lần lượt trên gương(N) tại H, trên gương (M) tại K rồi truyền qua O.

c) Tính các khoảng cách từ I, K, H tới AB

Lời giải a) Vẽ đường đi của tia SIO

- Vì tia phản xạ từ IO phải có đường kéo dài đi qua S’ (là ảnh của S qua (N)

- Cách vẽ: Lấy S’ đối xứng với S qua (N) Nối S’O’ cắt (N) tại I Tia SIO là

tia sáng cần vẽ

b) Vẽ đường đi của tia sáng SHKO

- Đối với gương (N) tia phản xạ HK phải có đường kéo dài đi qua ảnh S’ của

a Vẽ đường đi của một tia sáng (trên mặt phẳng giấy vẽ)

đi từ ngoài vào lỗ A sau khi phản xạ lần lượt trên các

gương G2 ; G3; G4 rồi lại qua lỗ A đi ra ngoài

b Tính đường đi của tia sáng trong trường hợp nói trên Quãng đường đi có phụ

thuộc vào vị trí lỗ A hay không?

Lời giải a) Vẽ đường đi tia sáng.

- Tia tới G2 là AI1 cho tia phản xạ I1I2 có đường kéo dài đi qua A2 (là ảnh A qua G2)-Tia tới G3 là I1I2 cho tia phản xạ I2I3 có đường kéo dài đi qua A4(là ảnh A2 qua G3)

4)

-Tia tới G4 là I2I3 cho tia phản xạ I3A có đường kéo dài đi qua A6(là ảnh A4 qua G4)

Mặt khác để tia phản xạ I3A đi qua đúng điểm A thì tia tới I2I3 phải có đường

kéo dài đi qua A3 (là ảnh của A qua G4)

Muốn tia I2I3 có đường kéo dài đi qua A3 thì tia tới gương G3 là I1I2 phải có

đường kéo dài đi qua A5 (là

ảnh của A3 qua G3)

Cách vẽ:

Lấy A2 đối xứng với

A qua G2; A3 đối xứng với

A qua G4

Lấy A4 đối xứng với

A2 qua G3; A6 Đối xứng với

b) Do tính chất đối xứng nên tổng đường đi của tia sáng bằng hai lần đường

chéo của hình chữ nhật Đường đi này không phụ thuộc vào vị trí của điểm A trên

G1

Thí dụ 5: Hai gương phẳng được ghép quay mặt phản

xạ vào với nhau và tạo với nhau một góc nhị diện nhỏ  Một

tia sáng SI nằm trong mặt phẳng vuông góc với cạnh chung

của nhị diện và tới một trong hai gương với góc tới i1 Hình

1) Hỏi sau bao nhiêu lần phản xạ vào trên hai gương thì tia

sáng sẽ phản xạ ra ngoài ? Áp dụng cho trường hợp i1 = 800

và ỏ = 150

Lời giải Ta dễ dàng chứng minh được góc tới lần thứ k có giá trị ik =  + ik+1

hay i1= k + ik+1 Nếu ik+1 >  thì tiếp tục phản xạ vào, nếu ik+1 <  thì sẽ phản xạ

ra , còn nếu ik+1=  thì phản xạ ngược lại chính con đường cũ

Trường hợp cụ thể 80:15 = 5 còn dư 5<15 -> có 6 lần phản xạ vào lần thứ 7 phản

BÀI TẬP THAM KHẢO

Bài 1: Cho hai gương M, N và 2 điểm A, B Hãy vẽ các tia sáng xuất phát từ A

phản xạ lần lượt trên hai gương rồi đến B trong hai trường hợp

a) Đến gương M trước

b) Đến gương N trước

Bài 2: Cho hai gương phẳng vuông góc với nhau Đặt 1 điểm sáng S và điểm M

trước gương sao cho SM // G2

a) Hãy vẽ một tia sáng tới G1 sao cho

khi qua G2 sẽ lại qua M Giải thích cách vẽ

b) Nếu S và hai gương cố định thì điểm M

phải có vị trí thế nào để có thể vẽ được tia sáng như câu a

c) Cho SM = a; SA = b, AO = a, vận tốc ánh sáng là v

Hãy tính thời gian truyền của tia sáng từ S -> M theo con đường của câu a

Bài 3: Hai gương phẳng G1; G2 ghép sát nhau như hình vẽ,  = 600 Một điểmsáng S đặt trong khoảng hai gương và

cách đều hai gương, khoảng cách từ S

đến giao tuyến của hai gương là SO = 12 cm

a) Vẽ và nêu cách vẽ đường đi của tia

sáng tù S phản xạ lần lượt trên hai gương rồi quay lại S

b) Tìm độ dài đường đi của tia sáng nói trên?

Bài 4: Vẽ đường đi của tia sáng từ S sau khi phản xạ

trên tất cả các vách tới B

Bài 5: Hai gương phẳng được đặt hướng mặt sáng

vào nhau và hợp với nhau một góc 

1 Một tia sáng từ S tới gương G1 (hình 3) thì bị

phản xạ đến gương G2 Sauđó đi qua điểm M cho trước Bằng cách vẽ hãyxác định đường đi của tia sáng này

2 Giữ nguyên phương của tia sáng tới ở trên, cho hai gương quay đồng thờicùng chiều và cùng vận tốc xung quanh giao tuyến O Hỏi phương của tiaphản xạ từ G2 thay đổi thế nào ?

Chuyên đề 3: Dạng bài tập xác định số ảnh, vị trí của một vật qua gương phẳng.